Elektron
|
See artikkel räägib elementaarosakesest; kulla ja hõbeda sulami kohta vaata artiklit Elektron (sulam); magneesiumisulami kohta vaata artiklit Elektron (magneesiumisulam); ansambli kohta vaata artiklit Elektron (ansambel). |
Elektron on elementaarosake (tähis e−). Elektron on negatiivselt laetud fermion spinniga 1/2 ja ta kuulub leptonite hulka, olles esimese põlvkonna lepton. Elektroni leptonlaeng (Le) on 1.
Tema paariline esimeses leptonite põlvkonnas on sama leptonlaengut kandev elektriliselt neutraalne elektronneutriino.
Elektronid moodustavad koos nukleonidega (prooton ja neutron) aatomeid.
Elektroni avastas 1897. aastal Joseph John Thomson.
Kvantmehaanikas kirjeldab elektroni Diraci võrrand. Elektroni leidumise tõenäosus kindlas ruumipunktis on arvutatav Schrödingeri võrrandi abil.
Sõna "elektron" algallikas on vanakreeka sõnast ἤλεκτρον (ēlektron) 'merevaik'.
Üldised omadused
muudaElektroni elektrilaeng on –1 e, mis on –1,6 × 10−19 kulonit. Tegelikult ongi elementaarlaeng defineeritud just elektroni laengu järgi.
Elektroni seisumass on 0,51 MeV/c2, mis on ligikaudu 9,11 × 10−31 kg. Näiteks prooton on elektronist 1836 korda massiivsem osake.
Elektron on stabiilne osake elueaga vähemalt 10 × 1026 aastat. Tema stabiilsuse tagab elektrilaengu jäävus. Puudub elektronist väiksema seisumassiga osake, mille elektrilaeng oleks –1.
Vabad elektronid
muudaPikemalt artiklis Vabad elektronid
Kui elektronid liiguvad vabalt vaakumis, metallis või mujal meediumis, siis nimetatakse neid vabadeks elektronideks. Vabu elektrone on võimalik koondada elektronkiireks. Kui vabad elektronid liiguvad, siis kannavad nad endaga elektrilaengut ning seda nähtust nimetatakse elektrivooluks. Kuigi elektronide nihkekiirus metallis (elektrijuhtmes) on suurusjärgus millimeetreid sekundis, liigub elektrivool juhtmes umbes 75% valguse kiirusega.
Mõningates ülijuhtides moodustavad vabad elektronid omavahel Cooperi paare, mis võimaldab neil käituda bosonitena ja kondenseeruda samasse kvantolekusse. Negatiivselt laetud elektronide liitumine Cooperi paarideks toimub foononite (mitte segamini ajada footoniga) abil. Et Cooperi paare moodustav jõud on väga nõrk, siis absoluutsest nullist oluliselt kõrgemate temperatuuride puhul lõhub soojusenergia praktiliselt kõik Cooperi paarid ja ülijuhtivus kaob.
Elektronid aatomis
muudaKui elektronid ühinevad nukleonidega seotud olekusse, siis moodustavad nad aatomi. Aatomis ümbritsevad elektronid tuuma (mis koosneb prootonitest ja neutronidest), moodustades aatomi elektronkatte. Elektronid ei tiirle ümber aatomi tuuma nii, nagu tiirlevad planeedid ümber päikese. Elektronkate on pigem kindlate suurustega energiaga elektronide "pilv", mis koosneb elektronorbitaalidest. Orbitaali tiheduse määrab ära elektroni leidmise tõenäosus antud ruumipunktis (arvutatav Schrödingeri võrrandi abil).
Et elektronid on fermionid, kehtib neile Pauli keeluprintsiip. Selle kohaselt ei saa kaks elektroni olla samas kvantolekus. Seda võib mõista ka nii, et samas ruumipunktis (ruumiosas, milles elektronide lainefunktsioonid kattuvad) ei saa kaks elektroni olla samal energeetilisel tasemel. Tänu sellele moodustavad elektronid paare. Neis paarides olevad elektronid on vastupidise spinniga.
Tänu Pauli printsiibile jaguneb elektronkate elektronkihtideks, mis omakorda jagunevad alamelektronkihtideks ja orbitaalideks. Elektroni paiknemise elektronkattes määrab ära komplekt kvantarve (peakvantarv (n), mis määrab ära elektronkihi, asimuudi kvantarv (l), mis määrab ära alamelektronkihi elektronkihi sees ja magnetiline kvantarv (ml), mis määrab ära orbitaali alamelektronkihi sees). Igal orbitaalil võib olla kuni kaks elektroni, mille spinnid on vastasmärgilised (vastassuunalised).
Aatomi valentselektronkiht määrab ära aatomi keemilised omadused.